“五步编程法”在《C程序设计》教学中的应用研究

柴群　梁剑波

摘要：C程序设计是计算机科学与技术专业中开设的比较重要、基础的专业课，大部分学生接触程序设计都是从该门课开设的。学过的学生普遍反映C程序设计比较难，不容易掌握。该文根据《C程序设计》教学经验，从算法出发，总结出“五步编程法”，帮助学生编程快速入门，以提高学生编程水平和编程能力。

关键词：C程序设计；五步编程法；算法；编程

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）31-0140-02

通过总结最近几个学期的《C程序设计》的期末考试试卷发现，学生对于C程序的掌握较差，得分率很低，原因主要存在两个方面：（1）对C语言语法死记硬背，不能灵活使用，当题目有变化时就不知道如何处理。（2）拿到题目后不知如何编写符合题意的程序，不能将书本的知识解决现实问题。

对于第一种情况，说明这些同学C语言知识掌握不牢，可以通过大量的练习来提高其编程能力。对于第二种情况，笔者总结了“五步编程法”来进行针对性教学，实践表明，可以很好地提高学生的编程能力。

1 第一步——算法分析

算法从广义上来说，是为了解决一个问题而采取的方法和步骤，它分为数值运算算法和非数值运算算法两大类。数值运算的目的是求数值解，例如求解方程的跟、求一个函数的定积分等，都属于数值运算范畴，这类算法往往都有现成的模型、公式，可供学生使用。而非数值运算算法包括的就十分广泛，最常见的是用于事务管理领域，这类算法运算的种类繁多，要求各异，只有一些典型的非数值运算算法，如排序算法，查找算法等。C程序设计所涉及的算法基本上以数值运算算法为主，也接触一些典型的非数值运算算法，这样算法具有一定的规律，可以引导学生查找这些算法的规律，提高学生的编程能力。①

在这一步中，学生的主要是任务是寻找算法，并将算法用数学公式表达出来。

例如求ax2+bx+c=0方程的根。a，b，c由键盘输入，设b2-4ac>0，且a≠0。这是一个典型的二元一次方程，在中学的时候就知道，求解方程的根的公式是：

[x1=-b+b2-4ac2a] …………①

[x2=-b-b2-4ac2a] …………②

为了表达方便，可以将公式分为两项：

[p=-b2a]，[q=b2-4ac2a]，则公式①、②可变为

[x1=p+q] …………③

[ x2=p-q] …………④

有了这些公式，只要知道a、b、c的值就可以求出方程的根。

2 第二步——將算法用C语言语句表示

C语言有自己的语法规则，在这一步，学生需要将数学公式转换成符合C语言语法规则的表达式，并将该表达式转换成可以执行的C语句。

根据C语言的语法规则，[p=-b2a]可以表示为

[p=-b/（2*a）] …………⑤

[q=b2-4ac2a]可以表示为

[q=sqrt（b*b-4*a*c）/（2*a）] …………⑥

其中 disc=b*b-4*a*c …………⑦

sqrt（）是编译系统提供数学函数，作用是求解[x]，它在使用时必须在源文件中加入#include 语句。

公式⑤⑥⑦在C语言中被称为表达式，表达式转换成可执行的C语句的方法是在表达式后面加上“；”。根据语法规则，公式③④⑤⑥⑦转换成C语句为：

disc=b*b-4*a*c； …………⑧

[p=-b/（2*a）]； …………⑨

[q=sqrt（disc）/（2*a）]； …………⑩

[ x1=p+q]； …………?

[ x2=p-q]； …………?

3 第三步——将得到的C语句填充到程序的主函数的函数体中

C语言规定，程序的执行总是从主函数（main）开始，并从主函数结束。而且C语言的输入输出都是通过库函数实现，这个库函数被包含在stdio.h的头文件中。C语言的main（）函数语法格式（加上两个头文件，#include 和#include ）：

#include

#include

void main（）

{

函数体

} …………?

将⑧～?填充到?中得到程序为：

#include

void main（）

{

disc=b*b-4*a*c； …………⑧

[p=-b/（2*a）]； …………⑨

[q=sqrt（disc）/（2*a）]； …………⑩

[ x1=p+q]； …………?

[ x2=p-q]； …………?

} …………?

4 第四步——查漏补缺

C语言规定，任何变量必须“先定义、后使用”，例中disc，p，q，a，b，c，x1，x2都是变量，这些变量都需要在使用前先定义，在语句⑧之前添加给变量定义的语句。设变量a，b，c为整型，其它的变量为浮点型。根据语法规则，补充语句（带阴影部分），得到源程序为：

#include

#include

void main（）

{

int a，b，c；

float disc，p，q，x1，x2；

disc=b*b-4*a*c； …………⑧

[p=-b/（2*a）]； …………⑨

[q=sqrt（disc）/（2*a）]； …………⑩

[ x1=p+q]； …………?

[ x2=p-q]； …………?

} …………?

很多变量在使用前需要给它一个初始的值，这个过程被称为赋初值。C语言一般通过两种形式实现，一个是通过赋值语句，一个是通过输入函数scanf。使用输入函数，可以通过人机界面实现数据的输入，编制的程序复用性高，是常见的变量赋值的方法，本题要求是通过输入函数实现对a，b，c赋初值的。根据语法规则，补充语句（带阴影部分），得到源程序为：

#include

#include

void main（）

{

int a，b，c；

float disc，p，q，x1，x2；

scanf（“%d%d%d”，&a，&b，&c）；

disc=b*b-4*a*c； …………⑧

[p=-b/（2*a）]； …………⑨

[q=sqrt（disc）/（2*a）]； …………⑩

[ x1=p+q]； …………?

[ x2=p-q]； …………?

} …………?

编程的目的是想求解方程的根，输入a，b，c就要得到方程的解（假设方程有解），因此还要加上输出语句（用printf实现）。根据语法规则，补充语句（带阴影部分），得到源程序为：

#include

void main（）

{

int a，b，c；

float disc，p，q，x1，x2；

scanf（“%d%d%d”，&a，&b，&c）；

disc=b*b-4*a*c； …………⑧

[p=-b/（2*a）]； …………⑨

[q=sqrt（disc）/（2*a）]； …………⑩

[ x1=p+q]； …………?

[ x2=p-q]； …………?

printf（“方程的两个根分别是x1=%f＼n，x2=%f＼n”，x1，x2）；

} …………?

至此，一个完整的求解二元一次方程根的源程序已经编写完成，下面就要进行第五步，编译、排错、执行。

5 第五步——反复进行编译、排错、执行程序，直至输出正确的结果

编译的作用首先是对源程序进行检查，判断有没有语法方面的错误，如有，则给出错误信息，通知编程人员进行修改。修改程序后还要重新进行编译，如果有错，还要进行修改。这个过程会反复执行，直到没有语法错误为止。

对没有语法错误的源程序进行连接处理，得到.obj文件。编译系统在对.obj文件进行处理得到可执行文件.exe，运行该文件即可得到结果。

这里需要注意的是，由于编译只能发现语法错误，不能发现逻辑错误，因此有时会出现源程序没有语法错误，但是却得不到正确的结果。这就要对源程序进行单步调试，观察变量的值，寻找逻辑错误。本例中语句⑨就存在逻辑错误，初学者很难发现。运算符“[/]”的左右两边都是整型数值时，得到的数据也是整型，如果b<2*a，p的值就会是0，而不是一个小数，因此需要将计算的结果转换成小数，语句⑨可修改为，[p=-b/（2.0*a）]； 这样得到的程序才能计算出正确的结果。

在学生掌握“五步编程法”基础上，可以继续对第一步、第二步进行扩充到选择结构、循环结构、复合结构，从数值运算扩充到非数值运算，从而慢慢地提高学生的编程能力，解决学生编程难的问题。

参考文献：

[1] 谭浩强.C程序设计[M].四版.北京：清华大学出版社，16-17.